基于同步辐射X射线干涉光刻及原子层沉积技术制备可应用于生物医学等领域的高质量纳米容器及其特性的研究

上海光源软X射线干涉光刻线站充分利用软X射线低发射度、高亮度和高相干性的优点，可以加工大面积、高密度并具有严格周期性的亚50纳米结构，原子层沉积技术作为新兴的一项精确的薄膜沉积技术，可以在原子水平上控制薄膜的形成及生长，它目前在国际上被广泛研究并且成功制备了高质量的金属氧化物或者氮化物薄膜。本研究结合应用同步辐射X射线干涉光刻和原子层沉积技术制备高质量的纳米容器，并对纳米容器填充磁性纳米颗粒。运用非化学合成方法可控高重复性地制备纳米容器用于包覆磁性纳米颗粒在生物医学(如发热疗法)及数据存储等领域具有重要作用。借助于制备方法的优越性，本研究将对包覆磁性物质的高质量纳米容器进行系统的结构与磁特性功能表征，完善优化制备方法和工艺得到功能最佳化的纳米容器。为未来包覆磁性物质（乃至包覆其它功能化物质）的纳米容器在生物医学或数据存储领域的应用（乃至其它应用领域）建立我国的制造技术及知识产权基础。

本项目的研究背景是基于：制备磁性功能化、与生物应用相匹配的微/纳米容器并根据订制的应用添加治疗或诊断剂在生物制药领域具有相当的应用潜力。 磁性功能化存在双重作用，一方面是发热疗法，即微/纳容器中的磁体在交变磁场作用下进行发热治疗；另一方面，磁性功能化使得使用磁性传感器对微纳米容器的数量进行精确测定成为可能，即治疗剂量的精确标定。国际上，一些生物制药工作者已经和物理、材料工作者在上述领域开展合作研究，但使用磁性传感器进行剂量精确标定方面的进展和报导还不多。.本项目主要研究在具备生物应用匹配性能的有机基底上制备磁性传感器，并制备了充填铁的碳纳米管纳米容器与光刻胶的待测混合体，研究内容拓展到采用一种新型的水溶性牺牲层—uncured polyvinylpyrrolidone (PVP) 和印制转移技术，将在Si 衬底上由传统磁控溅射沉积、紫外光刻和离子束蚀刻技术制备的巨磁阻传感器 (Py/Cu多层膜) 转移到具备生物应用匹配性能的PEEK等柔性有机衬底。PVP层具有担任缓冲层和转移过程中的牺牲层的双重作用。测试结果显示印制转移到柔性基底的传感器与印制转移前在Si衬底上制备并已广泛应用的传感器具有相近的磁电阻变化率（12%），而灵敏度则从20 T-1 提升到30.8 T-1 （50%的提高）, 传感器的灵敏度对精确磁检测尤其是微/纳米容器的磁检测具有重要意义，而直接在PEEK基底上制备的传感器的最大磁电阻变化率仅为2%，最佳灵敏度仅为4.1 T-1。使用原位施加应力测量磁电阻特性装置，测试研究了灵敏度提升与样品应力状态的依赖关系。 使用紫外光刻和离子束蚀刻技术在PEEK薄板上制备了微流体通道，并运用印制转移的传感器对待检测混合体进行数目检测，获得了高于91% 的检测准确率。.本项目研究发展的印制转移技术具有普适性，可应用于转移其它种类的薄膜系统和完整的薄膜电子器件。